鎳薄膜超快熱化動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、目前對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求不斷提高。這就要求數(shù)據(jù)的讀出過(guò)程需要較寬的電子傳輸帶寬，寫(xiě)入過(guò)程需要較短的反轉(zhuǎn)時(shí)間。目前的主要障礙在于寫(xiě)入過(guò)程，磁性存儲(chǔ)裝置中的磁性層轉(zhuǎn)換特性限制了磁性裝置速度的提高。為了克服這個(gè)困難，需要對(duì)磁性層在超快時(shí)間尺度內(nèi)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行研究，得到其發(fā)生特性轉(zhuǎn)換的時(shí)間，進(jìn)而改進(jìn)計(jì)算機(jī)中現(xiàn)有的磁性存儲(chǔ)裝置。因此，本文對(duì)典型的3d金屬鎳及其復(fù)合膜在飛秒激光下的超快熱化過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　 首先，采用磁控濺

2、射技術(shù)制備了不同厚度的Ni薄膜及其復(fù)合膜，對(duì)部分樣品進(jìn)行了500℃真空退火，利用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡對(duì)退火前后的樣品進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)退火后的薄膜結(jié)晶性增強(qiáng)了；對(duì)于Cu/Ni復(fù)合膜，較厚的Cu層使薄膜退火后的結(jié)晶性更好，晶粒多而均勻；退火使得復(fù)合膜Cu/Ni比Cr/Ni更有利于薄膜表面晶粒的生長(zhǎng)。
　　 其次，對(duì)已制備好的薄膜樣品，采用飛秒激光泵浦-探測(cè)技術(shù)測(cè)試了其在不同參數(shù)條件下的瞬態(tài)反射率信號(hào)，重點(diǎn)研究了泵浦光與探測(cè)光功

3、率、散熱層和退火對(duì)瞬態(tài)反射率曲線的影響，獲得以下結(jié)論：受飛秒激光脈沖激發(fā)后，Ni薄膜瞬態(tài)反射率在約0.2ps時(shí)從穩(wěn)定值突變至極值，隨后有一個(gè)較緩慢的恢復(fù)過(guò)程，并且在15ps，30ps和45ps附近出現(xiàn)了應(yīng)力回波產(chǎn)生的尖峰；泵浦光功率的升高，使得反射率變化率突變的幅值增大；探測(cè)光與泵浦光功率之比的減小可以提高系統(tǒng)的信噪比；不同散熱層下薄膜瞬態(tài)反射率急劇下降的時(shí)間是一致的，但是具有較大電子比熱容常數(shù)和強(qiáng)電子聲子耦合常數(shù)的散熱層如Cr更能提高

4、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的散射效率。退火后的復(fù)合膜相比退火前在突變后的恢復(fù)過(guò)程進(jìn)行得更快，Cu層較厚時(shí)退火后的瞬態(tài)反射率恢復(fù)率比Cu層較薄時(shí)大；相比Cr(40nm)/Ni(40nm)，復(fù)合膜Cu(40nm)/Ni(40nm)具有較小的晶格失配率，退火更有利于后者內(nèi)部電子和聲子以擴(kuò)散方式進(jìn)行的熱傳遞。
　　 最后，采用有限差分法對(duì)三溫模型進(jìn)行了數(shù)值求解，并對(duì)Ni薄膜和NiFe薄膜的超快熱化過(guò)程進(jìn)行了模擬。引進(jìn)一個(gè)相當(dāng)于自旋比熱容常數(shù)的系數(shù)γs來(lái)